ES2287468T3 - COMPOSITE MATERIAL, PROCEDURE FOR MANUFACTURING AND USE. - Google Patents
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Abstract
Description
Material compuesto, procedimiento para su fabricación y su uso.Composite material, procedure for Manufacturing and its use.
La invención se refiere a un material compuesto, a un procedimiento para su fabricación, y a su uso.The invention relates to a composite material, to a procedure for its manufacture, and its use.
Las fibras de refuerzo y su utilización para
fabricar materiales compuestos con una resina de enlace son
conocidas. El documento US 5 641 572 describe fibras de refuerzo a
partir de fibras cortas de carbono que contienen, como preparación,
por ejemplo, polisulfuro de fenilo (PPS). El documento US 5 641 572
enseña que la proporción de preparación referida al peso total de
las fibras cortas de carbono debe ser de al menos 0,01% en peso,
porque con una proporción de preparación menor que 0,01% en peso el
efecto protector no es satisfactorio. Adicionalmente, el
documento
US 5 641 572 enseña la carbonización de fibras
cortas de carbono encoladas en un gas inerte a 400 hasta 1500ºC.
Después, las fibras cortas de carbono contienen solamente productos
de la carbonización de la preparación. Por último, el documento US
5 641 572 da a conocer la fabricación de un material de refuerzo a
partir de las fibras cortas de carbono carbonizadas con una resina
termoplástica. El documento US 5 641 572 no contiene ninguna
indicación sobre cómo mejorar la resistencia al cizallamiento
intralaminar (ILSF, en sus siglas en alemán) aparente y la
resistencia a la rotura por flexión de los materiales compuestos
que contienen fibras de refuerzo. Sin embargo, son precisamente
estas características las que están sometidas a exigencias cada vez
mayores.Reinforcement fibers and their use to make composite materials with a bonding resin are known. US 5 641 572 describes reinforcing fibers from short carbon fibers containing, as preparation, for example, phenyl polysulfide (PPS). US 5 641 572 teaches that the proportion of preparation referred to the total weight of the short carbon fibers should be at least 0.01% by weight, because with a preparation ratio less than 0.01% by weight the effect Protector is not satisfactory. Additionally, the document
US 5 641 572 teaches the carbonization of short carbon fibers glued in an inert gas at 400 to 1500 ° C. Then, the short carbon fibers contain only carbonization products of the preparation. Finally, US 5 641 572 discloses the manufacture of a reinforcing material from carbonized carbon short fibers with a thermoplastic resin. US 5 641 572 does not contain any indication on how to improve apparent intralaminar shear strength (ILSF) and flexural tear strength of composite materials containing reinforcing fibers. However, it is precisely these characteristics that are subject to increasing demands.
Por esta razón, la presente invención se plantea la misión de incrementar la resistencia al cizallamiento intralaminar aparente y la resistencia a la rotura por flexión de materiales compuestos que contienen fibras de refuerzo.For this reason, the present invention arises the mission of increasing shear strength apparent intralaminar and resistance to breakage by flexion of Composite materials containing reinforcing fibers.
Esta misión se resuelve por un material
compuesto que contiene una resina de refuerzo y fibras de refuerzo,
en el que las fibras de refuerzo tienen un revestimiento que
contiene polisulfuro de fenilo, caracterizado porque la proporción
de polisulfuro de fenilo con respecto a las fibras de refuerzo sin
revestimiento es de 0,001 hasta <0,01% en
peso.This mission is solved by a composite material containing a reinforcing resin and reinforcing fibers, in which the reinforcing fibers have a coating containing phenyl polysulfide, characterized in that the proportion of phenyl polysulfide with respect to the reinforcing fibers Uncoated is 0.001 to <0.01% in
weight.
Si, de manera en sí conocida, se incorporan fibras de refuerzo revestidas de esta forma en un material compuesto, se comprueba que la resistencia al cizallamiento intralaminar aparente y la resistencia a la rotura por flexión aumentan en comparación con las fibras de refuerzo que carecen del revestimiento según la invención. Este resultado debe ser sorprendente, porque no era previsible que cantidades tan reducidas de PPS pudieran tener alguna influencia sobre las propiedades del material compuesto, ni mucho menos que estas escasas cantidades en peso de PPS pudieran mejorar la resistencia al cizallamiento intralaminar aparente y la resistencia a la rotura por flexión. Todavía más sorprendente es que la resistencia al cizallamiento intralaminar aparente y la resistencia a la rotura por flexión de los materiales compuestos según la invención alcancen valores máximos con una proporción de PPS en el intervalo de 0,01 hasta <0,01% en peso en las fibras de refuerzo. Este valor máximo se alcanza, por ejemplo, en los materiales compuestos según la invención, que contienen fibras de refuerzo de carbono revestidas con PPS y que han sido incorporadas en un material compuesto con una cetona de éter de poliéter, con una proporción de PPS en las fibras de carbono de aproximadamente 0,006% en peso.If, in a manner known per se, they are incorporated reinforcing fibers coated in this way in a material compound, it is checked that the shear strength apparent intralaminar and resistance to breakage by flexion increase compared to reinforcing fibers that lack the coating according to the invention. This result must be surprising, because it was not foreseeable that such small amounts of PPS could have some influence on the properties of the composite material, much less than these few quantities in PPS weight could improve shear strength apparent intralaminar and resistance to breakage by flexion. Even more surprising is that shear strength apparent intralaminar and resistance to breakage by flexion of the composite materials according to the invention reach values peaks with a proportion of PPS in the range of 0.01 to <0.01% by weight in reinforcing fibers. This maximum value is it reaches, for example, in composite materials according to the invention, which contain coated carbon reinforcing fibers with PPS and that have been incorporated in a composite material with a polyether ether ketone, with a proportion of PPS in the carbon fibers of approximately 0.006% by weight.
En una forma de realización preferida del material compuesto según la invención, la proporción de polisulfuro de fenilo con respecto a las fibras de refuerzo sin revestimiento es de 0,002 hasta 0,009% en peso.In a preferred embodiment of the composite material according to the invention, the proportion of polysulfide of phenyl with respect to uncoated reinforcing fibers is from 0.002 to 0.009% by weight.
En una forma de realización preferida adicional del material compuesto según la invención, el revestimiento está compuesto por polisulfuro de fenilo y un termoplástico o un duroplástico, en donde como termoplástico se prefieren una polieterimida, polietercetona, polieteretercetona, polietersulfona, polieteretersulfona o polisulfona y, como duroplástico, una resina epoxídica.In a further preferred embodiment of the composite material according to the invention, the coating is composed of phenyl polysulfide and a thermoplastic or a duroplastic, where as a thermoplastic a polyetherimide, polyether ketone, polyether ether ketone, polyether sulfone, polyethetersulfone or polysulfone and, as duroplast, a resin epoxy.
Como resinas de refuerzo se utilizan en el material compuesto según la invención, preferentemente, termoplásticos tales como, por ejemplo, polieterimida, polietercetona, polieteretercetona, polietersulfona, polieteretersulfona o polisulfona, o una mezcla de estos termoplásticos.As reinforcement resins are used in the composite material according to the invention preferably thermoplastics such as, for example, polyetherimide, polyether ketone, polyether ether ketone, polyethersulfone, polyetherether sulfone or polysulfone, or a mixture of these thermoplastics
Como fibras de refuerzo para el material compuesto según la invención se toman en consideración, en principio, todas las fibras de origen natural o sintético que tienen las características exigidas a las fibras de refuerzo, en donde, cuando las fibras de refuerzo son fibras de carbono basadas en productos de partida de brea, poliacrilonitrilo o viscosa, o fibras de aramida, vidrio, cerámica, boro, fibras sintéticas o fibras naturales, o combinaciones de estas fibras, las propiedades requeridas están especialmente bien desarrolladas. Como fibras sintéticas se prefieren especialmente las fibras de poliéter y, como fibras naturales, las fibras de lino y sisal.As reinforcement fibers for the material compound according to the invention are taken into consideration, in principle, all fibers of natural or synthetic origin that they have the characteristics required of the reinforcing fibers, in where, when the reinforcing fibers are carbon based fibers in starting products of pitch, polyacrylonitrile or viscose, or aramid fibers, glass, ceramics, boron, synthetic fibers or natural fibers, or combinations of these fibers, the properties required are especially well developed. Like fibers synthetic polyether fibers are especially preferred and, as natural fibers, flax and sisal fibers.
Entre las fibras de refuerzo de carbono se prefiere en especial una fibra de carbono disponible bajo el nombre Tenax HTS®, de la Compañía Tenax Fibers GmbH, Wuppertal (Alemania), en el material compuesto según la invención. En este caso, las fibras pueden estar presentes en el material compuesto según la invención en forma de secciones cortas o como hilo continuo, que puede estar compuesto por muchos millares, preferentemente por alrededor de 3.000 hasta 24.000 filamentos. Además, las fibras pueden estar presentes en el material compuesto según la invención en forma de producto textil plano, por ejemplo, como tejido, material no tejido, géneros de malla, géneros de punto, o en forma de estructuras uni- o multidireccionales.Among the carbon reinforcing fibers are he especially prefers a carbon fiber available under the name Tenax HTS®, from the Tenax Fibers GmbH, Wuppertal (Germany), in the composite material according to the invention. In this case, the fibers may be present in the composite material according to the invention in the form of short sections or as a continuous thread, which it can be composed of many thousands, preferably by around 3,000 to 24,000 filaments. In addition, the fibers they may be present in the composite material according to the invention in the form of a flat textile product, for example, as a fabric, non-woven material, mesh fabrics, knitwear, or fit of uni- or multidirectional structures.
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La tarea que tiene la invención como base se resuelve adicionalmente por un procedimiento para la fabricación de un material compuesto, que comprende las etapas deThe task of the invention as a basis is resolves additionally by a procedure for the manufacture of a composite material, which comprises the steps of
- a)to)
- depósito de las fibras de refuerzo eventualmente pretratadas,reinforcement fiber deposit eventually pretreated,
- b)b)
- aplicación de una capa que contiene polisulfuro de fenilo sobre las fibras de refuerzo de la etapa a), de modo que la capa contiene 0,001 hasta <0,01% en peso de polisulfuro de fenilo con respecto a las fibras de refuerzo, por lo que se obtienen fibras de refuerzo revestidas, yapplication of a layer that contains phenyl polysulfide on the reinforcing fibers of step a), so that the layer contains 0.001 to <0.01% by weight of phenyl polysulfide with respect to reinforcing fibers, so that coated reinforcing fibers are obtained, and
- c)C)
- incorporación de las fibras de refuerzo revestidas de la etapa b) con una resina de refuerzo en un material compuesto.incorporation of reinforcing fibers coated in step b) with a reinforcing resin in a material compound.
En la etapa a) resulta básicamente adecuada cualquier forma de depósito de las fibras de refuerzo que haga accesible la totalidad de la superficie de las fibras para la aplicación de la capa en la etapa b). De esta manera, por ejemplo, las fibras de refuerzo recién hiladas y secas se pueden depositar aisladas o como haz de fibras en el proceso de fabricación antes de arrollado. De la misma forma, las fibras de refuerzo se pueden depositar como hilos de filamentos, compuestos por muchos millares de filamentos, preferentemente por alrededor de 3.000 hasta 24.000 filamentos.In stage a) it is basically adequate any form of deposit of the reinforcing fibers that you make accessible the entire surface of the fibers for the application of the layer in stage b). In this way, for example, Freshly spun and dry reinforcing fibers can be deposited isolated or as a fiber bundle in the manufacturing process before rolled. In the same way, reinforcing fibers can be deposit as strands of filaments, composed of many thousands of filaments, preferably around 3,000 to 24,000 filaments
En principio, para la etapa a) del procedimiento según la invención, se toman en consideración como fibras de refuerzo todas las fibras de origen natural o sintético que satisfacen las propiedades exigidas a las fibras de refuerzo, en donde, cuando las fibras de refuerzo son fibras de carbono a base de productos de partida de brea, poliacrilonitrilo, o viscosa, o fibras de aramida, de vidrio, cerámica, boro, o fibras sintéticas o naturales, o combinaciones de estas fibras, las propiedades exigidas están especialmente bien desarrolladas. Como fibras sintéticas se prefieren, en especial, fibras de poliéster y, como fibras naturales, las de lino y sisal. En la etapa a) del procedimiento según la invención, se depositan, de forma especialmente preferida, las fibras de carbono disponibles bajo el nombre Tenax HTS® de la Compañía Tenax Fibers GmbH, Wuppertal (Alemania).In principle, for stage a) of the procedure according to the invention, fibers of reinforcement all fibers of natural or synthetic origin that satisfy the required properties of the reinforcing fibers, in where, when the reinforcing fibers are carbon fibers based on starting products of pitch, polyacrylonitrile, or viscose, or aramid, glass, ceramic, boron, or synthetic fibers or natural, or combinations of these fibers, the required properties They are especially well developed. How synthetic fibers are they prefer, in particular, polyester fibers and, as fibers natural, linen and sisal. In stage a) of the procedure according to the invention, they are deposited, especially preferably, the carbon fibers available under the Tenax HTS® name of the Tenax Fibers GmbH, Wuppertal (Germany).
Las fibras de refuerzo depositadas en la etapa a) del procedimiento según la invención se someten a un pretratamiento cuando es necesario para una humectación suficiente de las fibras de refuerzo con el revestimiento que se aplica en la etapa b), y para la adhesión del revestimiento a las fibras de refuerzo. Asimismo, un pretratamiento de las fibras de refuerzo puede mejorar la adhesión de las fibras revestidas con la resina de refuerzo utilizada en la etapa c), cuando las fibras de refuerzo en la etapa b) no han sido revestidas en toda su superficie con el revestimiento según la invención. Los procedimientos utilizados para el pretratamiento pueden ser, eventualmente, procedimientos de impregnación, en el que las fibras de refuerzo se sumergen en medios líquidos hidrófobos o hidrófilos. Adicionalmente, se consideran procedimientos de pretratamiento en los que se incorporan grupos funcionales reactivos a la superficie de las fibras como, por ejemplo, la oxidación electroquímica, que proporciona a la superficie de las fibras de refuerzo, por ejemplo, grupos hidroxilo y carboxilo.The reinforcing fibers deposited in the stage a) of the process according to the invention are subjected to a pretreatment when necessary for sufficient wetting of the reinforcing fibers with the coating that is applied in the step b), and for adhesion of the coating to the fibers of reinforcement. Also, a pretreatment of reinforcing fibers it can improve the adhesion of the fibers coated with the resin of reinforcement used in step c), when the reinforcement fibers in stage b) have not been coated on its entire surface with the coating according to the invention. The procedures used to Pretreatment may eventually be procedures for impregnation, in which the reinforcing fibers are immersed in media hydrophobic or hydrophilic liquids. Additionally, they are considered pretreatment procedures in which groups are incorporated functional reagents to the surface of the fibers as, by example, electrochemical oxidation, which provides the surface of the reinforcing fibers, for example, hydroxyl groups and carboxyl.
Para la aplicación en la etapa b) del procedimiento según la invención resulta adecuado, en principio, cualquier procedimiento capaz de aplicar sobre una fibra de refuerzo 0,001 hasta <0,01% en peso de polisulfuro de fenilo en relación con las fibras de refuerzo.For application in stage b) of procedure according to the invention is suitable, in principle, any procedure capable of applying on a fiber of reinforcing 0.001 to <0.01% by weight of phenyl polysulfide in relationship with reinforcing fibers.
Por ejemplo, las fibras de refuerzo se pueden hacer pasar, en la etapa b), a través de una masa fundida de PPS, en donde, de manera opcional, las fibras de refuerzo se han hecho pasar previamente a través de una masa fundida de un termoplástico tal como, por ejemplo, polieterimida. Es posible, igualmente, preparar una masa fundida de PPS y un termoplástico tal como, por ejemplo, polieterimida, y hacer pasar las fibras de refuerzo a través de la masa fundida de ambos polímeros.For example, reinforcing fibers can be pass, in step b), through a PPS melt, where, optionally, the reinforcing fibers have been made pass previously through a molten mass of a thermoplastic such as, for example, polyetherimide. It is also possible prepare a melt of PPS and a thermoplastic such as, by example, polyetherimide, and pass the reinforcing fibers to through the melt of both polymers.
De manera alternativa, se puede incorporar polvo de PPS a un plasma. En este caso, las partículas de PPS se aceleran en dirección de las fibras de refuerzo, y se funden. Una vez que han incidido sobre las fibras de refuerzo, las partículas de PPS se solidifican y forman la capa deseada sobre la fibra de refuerzo. Este revestimiento por inyección de plasma con PPS puede ir precedido por un revestimiento por inyección de plasma con, por ejemplo, polieterimida. De igual modo, en el revestimiento por inyección de plasma se pueden utilizar, simultáneamente, PPS y un termoplástico tal como, por ejemplo, polieterimida.Alternatively, powder can be incorporated from PPS to a plasma. In this case, the PPS particles accelerate in the direction of the reinforcing fibers, and they melt. Once they have affected on the reinforcing fibers, the particles of PPS are solidify and form the desired layer on the reinforcing fiber. This plasma injection coating with PPS can go preceded by a plasma injection coating with, by example, polyetherimide. Similarly, in the coating by Plasma injection can be used simultaneously, PPS and a thermoplastic such as, for example, polyetherimide.
Adicionalmente, la aplicación de PPS se puede llevar a cabo de manera integrada en el proceso de fabricación de las fibras de refuerzo, antes de su arrollado, pudiéndose utilizar para la aplicación de avivados los dispositivos conocidos. En este caso, de forma opcional antes de la aplicación de PPS, puede procederse a la aplicación de un termoplástico tal como, por ejemplo, polieterimida. De igual manera, se puede fabricar una preparación de PPS y un termoplástico tal como, por ejemplo, polieterimida, y aplicar esta preparación sobre las fibras de refuerzo. En una forma de realización preferida del procedimiento según la invención, el PPS se aplica sobre las fibras de refuerzo en forma de cristalitos, en donde, por ejemplo, las fibras de refuerzo de la etapa a) se hacen pasar, en la etapa b), a través de un baño que contiene una suspensión de PPS, se secan y se arrollan. No se establecen requisitos especiales para la temperatura del baño, con la condición de que a la temperatura seleccionada se encuentren presentes en la suspensión cristalitos de PPS lo más finos posible. En muchas formas de realización del procedimiento según la invención, esta condición se cumple en gran medida ya a temperatura ambiente, por lo que se prefiere esta temperatura del baño. En la fase de secado es importante retirar la humedad residual de las fibras de refuerzo revestidas, evitando, no obstante, la degradación del revestimiento. Con este fin, en muchos casos - dependiendo del tiempo de permanencia - resulta adecuado un intervalo de temperaturas de secado de aproximadamente 350 hasta 400ºC. Opcionalmente, se pueden hacer pasar inicialmente las fibras de refuerzo a través de un baño que contiene la solución de un termoplástico, por ejemplo, polieterimida, llevando, entonces, las fibras empapadas en esta solución a un baño que contiene una suspensión de PPS, tras lo cual las fibras se arrollan y secan de la forma descrita anteriormente.Additionally, the PPS application can be carry out in an integrated manner in the manufacturing process of the reinforcing fibers, before being rolled, being able to use for the application of fanned known devices. In this case, optionally before the application of PPS, you can proceed to the application of a thermoplastic such as, by example, polyetherimide. In the same way, you can manufacture a preparation of PPS and a thermoplastic such as, for example, polyetherimide, and apply this preparation on the fibers of reinforcement. In a preferred embodiment of the process according to the invention, the PPS is applied on the reinforcing fibers in the form of crystallites, where, for example, the fibers of reinforcement of stage a) is passed, in stage b), through A bath containing a suspension of PPS, dried and rolled. No special requirements are established for bath temperature, with the condition that at the selected temperature they are as thin as possible in the PPS crystallites present in the suspension. In many embodiments of the procedure according to the invention, this condition is largely fulfilled at temperature ambient, so this bath temperature is preferred. In the The drying phase is important to remove residual moisture from the coated reinforcing fibers, however, avoiding degradation of the lining. To this end, in many cases - depending on the residence time - a range of drying temperatures of approximately 350 to 400 ° C. Optionally, you can initially pass the fibers of reinforcement through a bath that contains the solution of a thermoplastic, for example, polyetherimide, then carrying the fibers soaked in this solution to a bath that contains a PPS suspension, after which the fibers are wound and dried from the way described above.
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De manera especialmente preferida, las fibras de refuerzo, que pueden estar presentes, por ejemplo, en forma de hilo de filamentos con 3.000 hasta 24.000 filamentos, se hacen pasar a través de un baño cuyo contenido está compuesto por una suspensión de PPS, una solución de termoplástico, por ejemplo, una solución de polieterimida, un disolvente y, eventualmente, también un emulsionante, después de lo que las fibras se secan y arrollan del modo anteriormente descrito. El disolvente se selecciona de manera que el PPS no se disuelva, pero sí los termoplásticos. Para este objetivo, cuando el termoplástico es polieterimida, resulta apropiada, por ejemplo, 1-metil-2-pirrolidona (NMP). Como emulsionante es adecuado, por ejemplo, el éter etílico de decaetilenglicol. En este caso y en todas las formas de realización del procedimiento según la invención en las que se utiliza una suspensión de PPS en un baño, el estado de suspensión se mantiene mediante el movimiento constante del contenido de dicho baño, por ejemplo, por trasiego por bombeo o agitación. Al hacer pasar las fibras de refuerzo a través del baño, la tensión del hilo es, preferentemente, de 0,3 hasta 1,5 cN/tex y, de forma especialmente preferida, de 0,5 hasta 1,0 cN/tex. La velocidad a la que se hacen pasar las fibras de refuerzo por la suspensión es, preferentemente, de 60 hasta 600 m/h y, de forma especialmente preferida, de 120 hasta 480 m/h. La concentración de la suspensión de PPS en el baño es, preferentemente, 0,2 hasta 5% en peso y, de forma especialmente preferida, 0,5 hasta 1,5% en peso de PPS, en relación siempre con el contenido en polieterimida, cuya proporción en peso en el contenido del baño se encuentra dentro del intervalo de 0,5 hasta 1,0% en peso y, de forma especialmente preferida, dentro del intervalo de 0,5 hasta 0,7% en peso. Los parámetros anteriormente mencionados se coordinan de manera que sobre las fibras de refuerzo se aplique, por ejemplo, un revestimiento de 0,5 hasta 1,0% en peso y, de forma especialmente preferida, de 0,5 hasta 0,7% en peso.Especially preferably, the fibers of reinforcement, which may be present, for example, in the form of thread of filaments with 3,000 to 24,000 filaments, are passed to through a bathroom whose content is composed of a suspension of PPS, a thermoplastic solution, for example, a solution of polyetherimide, a solvent and, eventually, also a emulsifier, after which the fibers are dried and rolled over mode described above. The solvent is selected so that the PPS does not dissolve, but the thermoplastics. For this one objective, when the thermoplastic is polyetherimide, it turns out appropriate for example 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP) As an emulsifier, for example, ethyl ether is suitable of decaethylene glycol. In this case and in all forms of embodiment of the process according to the invention in which use a PPS suspension in a bathroom, the suspension status it is maintained by the constant movement of the content of said bath, for example, by transfer by pumping or agitation. When doing pass the reinforcing fibers through the bath, the thread tension it is preferably from 0.3 to 1.5 cN / tex and, so Especially preferred, from 0.5 to 1.0 cN / tex. Speed at that the reinforcing fibers are passed through the suspension is, preferably, from 60 to 600 m / h and, especially preferred, from 120 to 480 m / h. Suspension concentration PPS in the bath is preferably 0.2 to 5% by weight and, of especially preferred form, 0.5 to 1.5% by weight of PPS, in relationship always with the content of polyetherimide, whose proportion by weight in the content of the bathroom is within the range 0.5 to 1.0% by weight and, especially preferably, within the range of 0.5 to 0.7% by weight. Parameters above mentioned are coordinated so that on the reinforcing fibers apply, for example, a coating of 0.5 up to 1.0% by weight and, especially preferably, 0.5 up to 0.7% by weight.
Una suspensión con cristalitos especialmente finos de PPS tiene la posibilidad, cuando el termoplástico y el PPS se incorporan en una extrusora en las proporciones en peso anteriormente citadas, de fundir en la extrusora y formar un granulado. Este granulado se incorpora al disolvente ya mencionado que, eventualmente, contiene un emulsionante. De este modo, el termoplástico se disuelve y el PPS forma una suspensión de partículas finas. La proporción de PPS según la invención sobre las fibras de refuerzo se puede ajustar, por ejemplo, estableciendo la concentración de PPS en el baño de manera tal que, a una velocidad de avance predeterminada de las fibras de refuerzo a través del baño, las fibras de refuerzo revestidas contengan 0,001 hasta <0,01% en peso de PPS.A suspension with crystallites especially Fine PPS has the possibility, when thermoplastic and PPS are incorporated in an extruder in the proportions by weight previously mentioned, to melt in the extruder and form a granulated. This granulate is incorporated into the solvent mentioned above. which eventually contains an emulsifier. In this way, the thermoplastic dissolves and the PPS forms a suspension of fine particles The proportion of PPS according to the invention over the reinforcing fibers can be adjusted, for example, by setting the PPS concentration in the bathroom so that, at a speed of predetermined advance of the reinforcing fibers through the bath, coated reinforcing fibers contain 0.001 to <0.01% by weight of PPS.
La proporción en peso del revestimiento en las fibras de refuerzo se determina según la Norma DIN EN ISO 10548, Método B. En caso de que el revestimiento de las fibras contenga, además de PPS, un termoplástico, la proporción en peso de PPS en las fibras de refuerzo revestidas se calcula a partir de la relación en peso del termoplástico a PPS utilizada para el revestimiento.The proportion by weight of the coating in the Reinforcement fibers are determined according to DIN EN ISO 10548, Method B. In case the fiber coating contains, In addition to PPS, a thermoplastic, the weight ratio of PPS in Coated reinforcing fibers are calculated from the ratio by weight of the thermoplastic to PPS used for the coating.
En la etapa c) del procedimiento según la invención, las fibras de refuerzo revestidas se procesan con una resina de refuerzo, preferentemente con un termoplástico o una mezcla de termoplásticos para dar un material compuesto. En este caso, como termoplástico resultan adecuados, en especial, una polieterimida, polietercetona, polieteretercetona, polietersulfona, polieteretersulfona o polisulfona, o una mezcla de estos termoplásticos. Los procedimientos mediante los cuales las fibras de refuerzo revestidas según la invención se procesan para formar materiales compuestos, son conocidos como tales. Pertenecen a éstos, por ejemploIn step c) of the procedure according to invention, the coated reinforcing fibers are processed with a reinforcing resin, preferably with a thermoplastic or a thermoplastic mixture to give a composite material. In this In this case, as a thermoplastic, especially a polyetherimide, polyether ketone, polyether ether ketone, polyether sulfone, polyetherether sulfone or polysulfone, or a mixture of these thermoplastics The procedures by which the fibers Coated reinforcement according to the invention are processed to form Composite materials are known as such. They belong to these, for example
- --
- mezcla de las fibras de refuerzo revestidas según la invención con fibras o con un polvo, o con una lámina de una resina de enlace y subsiguiente prensado con calor,mixture of the reinforcing fibers coated according to the invention with fibers or with a powder, or with a sheet of a bonding resin and subsequent heat pressed,
- --
- impregnación de las fibras de refuerzo revestidas según la invención con una masa fundida o una solución de la resina de enlace, yimpregnation of reinforcing fibers coated according to the invention with a melt or solution of the bonding resin, and
- --
- formación de una composición ("compound") de las fibras de refuerzo revestidas, cortadas a dimensiones de fibras cortas.formation of a composition ("compound") of the coated reinforcing fibers, cut to short fiber dimensions.
En este caso, las fibras de refuerzo revestidas según la invención se pueden continuar procesando en su configuración para formar un material compuesto, en donde están presentes según la etapa b) del procedimiento según la invención, por ejemplo, como hilo de filamento.In this case, the coated reinforcing fibers according to the invention they can continue processing in their configuration to form a composite material, where they are present according to step b) of the process according to the invention, for example, as a filament thread.
De manera alternativa, las fibras de refuerzo revestidas, resultantes de la etapa b) del procedimiento según la invención, se pueden llevar, inicialmente, a una configuración de una estructura textil plana y, ya en esta configuración, procesarlas para dar un material compuesto. Por ejemplo, las fibras de refuerzo resultantes de la etapa b) del procedimiento según la invención se pueden procesar, en primer lugar, para formar un material no tejido, o cortarlas para crear fibras cortas. Del mismo modo, las fibras de refuerzo revestidas según la invención se pueden llevar, en primer lugar, a la configuración de un tejido, género de malla, género de punto, o en la configuración de una estructura uni- o multidireccional.Alternatively, reinforcing fibers coated, resulting from step b) of the process according to invention, initially, can be brought to a configuration of a flat textile structure and, already in this configuration, process them to give a composite material. For example, the fibers of reinforcement resulting from step b) of the process according to the invention can be processed firstly to form a non-woven material, or cut them to create short fibers. Of the same Thus, the coated reinforcing fibers according to the invention are they can lead, first, to the configuration of a tissue, mesh gender, knitwear, or in the configuration of a uni- or multidirectional structure.
En la fabricación del material compuesto en la etapa c), las fibras de refuerzo revestidas según la invención exhiben un excelente comportamiento de impregnación en el prensado con calor con polietercetona, así como con respecto a la penetración de la polietercetona en el hilo de filamento, y también en relación con la humectación de los filamentos recubiertos individualmente.In the manufacture of the composite material in the step c), the coated reinforcing fibers according to the invention exhibit excellent impregnation behavior in pressing with heat with polyether ketone, as well as with respect to penetration of the polyether ketone in the filament thread, and also in relation to the wetting of the coated filaments individually.
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Los materiales compuestos según la invención tienen una proporción en volumen de fibra de 40 hasta 70% en volumen, en donde la proporción en volumen de fibras en laminados de productos preimpregnados unidireccionales se encuentra, preferentemente, en el intervalo de 55 hasta 65% en volumen, en laminados de productos preimpregnados de tejido, en el intervalo de 45 hasta 55% en volumen, y en los cuerpos arrollados o procesados por pultrusión, se encuentran dentro del intervalo de 55 hasta 70% en peso.The composite materials according to the invention they have a fiber volume ratio of 40 to 70% in volume, where the proportion by volume of fibers in laminates of Unidirectional prepreg products are found, preferably, in the range of 55 to 65% by volume, in laminates of prepreg tissue products, in the range of 45 to 55% by volume, and in the bodies rolled or processed by pultrusion, they are in the range of 55 to 70% in weigh.
En los materiales compuestos según la invención se miden la resistencia al cizallamiento aparente según la Norma DIN EN 2563, y la resistencia a la rotura por flexión (0º en dirección de las fibras y 90º perpendicular a la dirección de las fibras), según la Norma DIN EN 2562.In the composite materials according to the invention the apparent shear strength is measured according to the Standard DIN EN 2563, and resistance to breakage by flexion (0º in fiber direction and 90º perpendicular to the direction of the fibers), according to DIN EN 2562.
El material compuesto según la invención y el material compuesto fabricado de acuerdo con el procedimiento según la invención se pueden utilizar, de manera ventajosa, para la fabricación de componentes para la construcción de aeronaves tales como, por ejemplo, el vientre del fuselaje y alerones de aterrizaje, en la construcción de automóviles tales como, por ejemplo, piezas del motor, bombas y juntas, en la construcción de máquinas e instalaciones tales como, por ejemplo, juntas, depósitos y recipientes, y en la fabricación de componentes médicos tales como, por ejemplo, instrumentos quirúrgicos.The composite material according to the invention and the composite material manufactured according to the procedure according to the invention can be used, advantageously, for the manufacture of components for the construction of aircraft such such as the belly of the fuselage and landing wings, in the construction of cars such as, for example, parts of the engine, pumps and seals, in the construction of machines and facilities such as, for example, gaskets, warehouses and containers, and in the manufacture of medical components such as, For example, surgical instruments.
La invención se explicará más detalladamente mediante los siguientes ejemplos.The invention will be explained in more detail. by the following examples.
Se incorporan en una extrusora 98 partes en peso de polieterimida (Ultem® de la Compañía GE-Plastics) y 2 partes en peso de PPS (Fortron® de la Compañía Ticona), se funden en la extrusora, y se elabora un granulado. 39 g del granulado se mezclan con agitación con 590 g de 1-metil-2-pirrolidona (NMP) caliente, hasta la disolución de la polieterimida. El PPS no se disuelve y forma una suspensión. A la solución de polieterimida, o a la suspensión de PPS, agitada y enfriada a 70ºC se agrega, gota a gota, una mezcla compuesta por 200 g de NMP, 60 g de agua y 20 g del emulsionante éter etílico de decaetilenglicol. La mezcla resultante se mezcla con agitación en 600 ml de agua calentada a 50ºC, de manera que se forma una emulsión que se mantiene en movimiento constante mediante trasiego por bombeo. La solución obtenida de este modo se diluye hasta alcanzar una solución compuesta por 0,6% en peso de polieterimida, 0,006% en peso de PPS, 0,3% en peso de éter etílico de decaetilenglicol, 12,2% en peso de NMP, y 86,894% en peso de agua.98 parts by weight are incorporated in an extruder polyetherimide (Ultem® from GE-Plastics Company) and 2 parts by weight of PPS (Fortron® of the Ticona Company), is they melt in the extruder, and a granulate is made. 39 g of granules are mixed with stirring with 590 g of 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP) hot, until the dissolution of the polyetherimide. PPS does not It dissolves and forms a suspension. To the polyetherimide solution, or to the PPS suspension, stirred and cooled to 70 ° C is added, drop dropwise, a mixture consisting of 200 g of NMP, 60 g of water and 20 g of the ethylene ether emulsifier of decaethylene glycol. Mix The resulting mixture is mixed with stirring in 600 ml of water heated to 50 ° C, so that an emulsion is formed that stays in constant movement by pumping transfer. The solution obtained in this way is diluted until a solution is reached composed of 0.6% by weight of polyetherimide, 0.006% by weight of PPS, 0.3% by weight of ethyl ether of decaethylene glycol, 12.2% by weight of NMP, and 86.894% by weight of water.
Un hilo de filamentos, con un título de 800 tex,
formado por fibras de carbono, disponible para el nombre Tenax HTS®
en la Compañía Tenax Fibers GmbH, pretratado por oxidación
electroquímica, se hace pasar con una tensión de hilo de 1,0 cN/tex
y una velocidad de 180 m/h a través de la emulsión anteriormente
descrita, se seca a 350ºC y se arrolla. La proporción de PPS con
respecto a las fibras de carbono asciende a 0,006% en peso (véase
la Tabla,
Ejemplo 1).A filament thread, with a title of 800 tex, formed by carbon fibers, available for the name Tenax HTS® in the Tenax Fibers GmbH Company, pretreated by electrochemical oxidation, is passed with a wire tension of 1.0 cN / tex and a speed of 180 m / h through the emulsion described above, dried at 350 ° C and rolled. The proportion of PPS with respect to carbon fibers amounts to 0.006% by weight (see Table,
Example 1).
El hilo de filamento se procesa con polieteretercetona, disponible bajo el nombre PEEK® 151G en la Compañía Victrex®, para formar un material compuesto. En este caso, la polieteretercetona se utiliza en forma de lámina. Se forman depósitos alternantes de esta lámina y de las fibras de Tenax HTS® revestidas. Posteriormente, los depósitos alternantes se comprimen a una presión de aprox. 9 bar y a una temperatura ligeramente mayor que 400ºC. Después de la compresión, la temperatura del material compuesto se reduce, en el plazo de 24 horas, a temperatura ambiente.The filament thread is processed with polyetheretherketone, available under the name PEEK® 151G in the Victrex® company, to form a composite material. In this case, The polyether ether ketone is used in sheet form. They form alternating deposits of this sheet and Tenax HTS® fibers coated. Subsequently, alternating deposits are compressed at a pressure of approx. 9 bar and at a slightly higher temperature than 400 ° C. After compression, the material temperature compound is reduced, within 24 hours, at temperature ambient.
La resistencia al cizallamiento intralaminar aparente es de 143 MPa, la resistencia a la rotura por flexión (0ºC) es de 3380,4 MPa, y la resistencia a la rotura por flexión (90ºC) es de 187 MPa (véase la Tabla, Ejemplo 1).The resistance to intralaminar shear Apparent is 143 MPa, the resistance to breakage by bending (0 ° C) is 3380.4 MPa, and the resistance to breakage by bending (90 ° C) is 187 MPa (see Table, Example 1).
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Se repite el Ejemplo 1, con la diferencia de que
la emulsión está compuesta por 0,597% en peso de polieterimida,
0,009% en peso de PPS, 0,3% en peso de éter etílico de
decaetilenglicol, 12,2% en peso de NMP, y 86,894% en peso de agua.
La proporción de PPS con respecto a las fibras de carbono es de
0,009% en peso (véase la Tabla,
Ejemplo 2).Example 1 is repeated, with the difference that the emulsion is composed of 0.597% by weight of polyetherimide, 0.009% by weight of PPS, 0.3% by weight of ethyl ether of decaethylene glycol, 12.2% by weight of NMP , and 86.894% by weight of water. The proportion of PPS with respect to carbon fibers is 0.009% by weight (see Table,
Example 2).
La resistencia al cizallamiento intralaminar es de 125 MPa, la resistencia a la rotura por flexión (0ºC) es de 2927,1 MPa, y la resistencia a la rotura por flexión (90ºC) es de 153 MPa (véase la Tabla, Ejemplo 2).The resistance to intralaminar shear is of 125 MPa, the resistance to breakage by flexion (0ºC) is 2927.1 MPa, and the resistance to breakage by flexion (90 ° C) is 153 MPa (see Table, Example 2).
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
Ejemplo ComparativoExample Comparative
Se repite el Ejemplo 1, con la diferencia de que la emulsión no contiene PPS y está compuesta por 0,606% en peso de polieterimida, 0,3% en peso de éter etílico de decaetilenglicol, 12,2% en peso de NMP, y 86,894% en peso de agua (véase la Tabla, Ejemplo comparativo V).Example 1 is repeated, with the difference that The emulsion does not contain PPS and is composed of 0.606% by weight of polyetherimide, 0.3% by weight of ethyl ether of decaethylene glycol, 12.2% by weight of NMP, and 86.894% by weight of water (see Table, Comparative example V).
La resistencia al cizallamiento intralaminar aparente es de 121 MPa, la resistencia a la rotura por flexión (0ºC) es de 2473,3 MPa, y la resistencia a la rotura por flexión (90ºC) es de 152 MPa (véase la Tabla, Ejemplo comparativo V).The resistance to intralaminar shear Apparent is 121 MPa, the resistance to breakage by bending (0 ° C) is 2473.3 MPa, and the resistance to breakage by bending (90 ° C) is 152 MPa (see Table, Comparative Example V).
En la tabla se resumen los porcentajes en peso de PPS, referidos a las fibras de carbono (% en peso de PPS), la resistencia al cizallamiento intralaminar (ILSF), la resistencia a la rotura por flexión (0º) como BBF (0º) y la resistencia a la rotura por flexión (90º) como BBF (90º).The table summarizes the percentages by weight of PPS, referring to carbon fibers (% by weight of PPS), the intralaminar shear strength (ILSF), resistance to flexural breakage (0º) as BBF (0º) and resistance to flexural breakage (90º) as BBF (90º).
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A partir de la Tabla, se reconoce que la ILSF y la BBF a 0º y 90º alcanzan valores máximos con una proporción de PPS en las fibras de carbono de 0,006% en peso.From the Table, it is recognized that the ILSF and the BBF at 0º and 90º reach maximum values with a proportion of PPS in carbon fibers of 0.006% by weight.
Claims (16)
- a)to)
- depósito de fibras de refuerzo, eventualmente pretratadas,reinforcement fiber tank, eventually pretreated,
- b)b)
- aplicación de una capa que contiene polisulfuro de fenilo sobre las fibras de refuerzo de la etapa a), de manera que la capa contiene 0,001 hasta <0,01% en peso de polisulfuro de fenilo con respecto a las fibras de refuerzo, mediante lo que se obtienen fibras de refuerzo revestidas, yapplication of a layer that contains phenyl polysulfide on the reinforcing fibers of step a), so that the layer contains 0.001 to <0.01% by weight of phenyl polysulfide with respect to reinforcing fibers, whereby coated reinforcing fibers are obtained, Y
- c)C)
- Procesamiento de las fibras de refuerzo revestidas de la etapa b) con una resina de refuerzo, para dar un material compuesto.Processing of reinforcement fibers coated in step b) with a reinforcing resin, to give a composite material.
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